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GraalVM - MálagaJUG 2018-11-29

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Jorge Hidalgo
Jorge Hidalgo

Este documento presenta las principales características de GraalVM. GraalVM es una máquina virtual políglota que puede ejecutar programas en Java y otros lenguajes como JavaScript, Python y R. También permite compilar código Java a nativo, interoperabilidad entre lenguajes, y usar programas Java como librerías nativas en otros lenguajes. El documento describe nueve casos de uso clave de GraalVM como reemplazo del JDK, compilador en el JDK, Java nativo, VM políglota, interoperabilidad, VM para lenguajes nativos, depur

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GRAALVM JORGE HIDALGO @_DEORS JOSÉ MARÍA GUTIÉRREZ @J_M_GUTIERREZ MÁLAGA JUG – 29 NOVIEMBRE 2018
WHO WE ARE Jorge Hidalgo @_deors Senior Technology Architect Accenture Technology Spain Global Java Lead Spain Advanced Technology Center Custom Engineering & Architecture Lead José María Gutiérrez @J_M_Gutierrez Technology Architect Accenture Technology Spain Spain Advanced Technology Center Architecture & DevOps Squad INFINITE POSSIBILITIES
TL;DR Los materiales están adaptados del taller sobre GraalVM que realizó Chris Seaton en Oracle Code One 2018 La presentación y los ejemplos están disponibles aquí: https://www.slideshare.net/deors/malagajug-graalvm https://github.com/deors/graal-vm
GRAALVM GraalVM – https://graalvm.org/ • Nueva máquina virtual políglota... JVM y mucho más • Escrita en Java • Open source (community edition) • Existe también una versión empresarial • Múltiples casos de uso • En esta sesión veremos todos los más habituales
GRAALVM 1. GraalVM como reemplazo del JDK 2. Graal como compilador en el JDK 3. Java nativo 4. VM políglota 5. Interoperabilidad entre lenguajes 6. VM para lenguajes nativos 7. Interfaz de depuración única 8. Interfaz de monitorización única 9. Uso de programas Java como librerías nativas
GRAALVM
GRAALVM 1. GraalVM como reemplazo del JDK • GraalVM puede utilizarse como una VM alternativa para ejecutar programas de JVM • 1.8 de momento, en breve para 11 • Es un reemplazo 1:1, incluidos los mismos modificadores de línea de comandos
GRAALVM 1. GraalVM como reemplazo del JDK • GraalVM tiene varios componentes; uno de ellos es el compilador Graal que se ejecuta por encima de los compiladores por defecto en JVM • Está escrita en Java, por lo que es más fácil de mantener y evolucionar • En muchos casos los programas ejecutados tienen mejor rendimiento que en JVM
GRAALVM 1. GraalVM como reemplazo del JDK # añadir Graal al path export PATH=~/graal-vm/graalvm-ce-1.0.0-rc8/Contents/Home/bin:$PATH # prueba sencilla con un programa que cuenta palabras cd ~/graal-vm/topten && javac TopTen.java # ejecución con Graal (activado por defecto) time java TopTen large.txt # ejecución desactivando el compilador de Graal time java -XX:-UseJVMCICompiler TopTen large.txt
GRAALVM 1. GraalVM como reemplazo del JDK • En un programa sencillo, donde el código solo se ejecuta una vez, las diferencias apreciables son pocas o nulas • El JIT entra en acción con el tiempo, optimizando cómo los bytecodes se traducen a código nativo en función de los recursos de la máquina y del uso que se da a cada bloque de código • Usando GraalVM de forma continuada en el tiempo podemos comprobar si aporta mejoras de rendimiento
GRAALVM 1. GraalVM como reemplazo del JDK # otra prueba, operando con números complejos en gran cantidad cd ~/graal-vm/value-types && mvn package # ejecución con Graal (activado por defecto) java -jar target/benchmarks.jar -prof gc # ejecución desactivando el compilador de Graal java -XX:-UseJVMCICompiler -jar target/benchmarks.jar -prof gc
GRAALVM
GRAALVM 2. Graal como compilador en el JDK • Graal, es decir el compilador de GraalVM, está también incluido en el JDK 11 • No es la última versión, pero se irá actualizando en próximas versiones del JDK • Puede utilizarse como compilador activándolo con flags experimentales de la JVM
GRAALVM 2. Graal como compilador en el JDK # repetimos la prueba de contar palabras # OpenJDK 11 con compilador estándar time java TopTen large.txt # con Graal sobre OpenJDK 11 time java -XX:+UnlockExperimentalVMOptions -XX:+EnableJVMCI -XX:+UseJVMCICompiler TopTen large.txt Activa Graal JIT en OpenJDK No es necesario especificar Graal porque es el único compilador que cumple con la interfaz JVMCI en el modulepath/classpath
GRAALVM 2. Graal como compilador en el JDK # repetimos la prueba de números complejos # OpenJDK 11 con compilador estándar java -jar target/benchmarks.jar -prof gc # con Graal sobre OpenJDK 11 java -XX:+UnlockExperimentalVMOptions -XX:+EnableJVMCI -XX:+UseJVMCICompiler -jar target/benchmarks.jar -prof gc
GRAALVM
GRAALVM 3. Java nativo • JVM tiene un consumo de recursos que aunque merece la pena en procesos de larga duración como batch y servidores, no la hace tan óptima para procesos cortos o de feedback rápido (como una CLI) • Graal puede usarse como compilador AOT y compilar a nativo cualquier código JVM (bytecodes)
GRAALVM 3. Java nativo # ejecutamos con GraalVM un programa sencillo y de corta duración time java TopTen small.txt # lo pre-compilamos a código nativo (no bytecodes were harmed!) native-image TopTen # ejecutamos el código pre-compilado time ./topten small.txt # sin dependencias con GraalVM o con OpenJDK otool -L topten
GRAALVM
GRAALVM 4. VM políglota • GraalVM, además de dar soporte a los lenguajes JVM, puede utilizarse para ejecutar programas JavaScript • Dos intérpretes: una implementación propia y un intérprete de Node.js • Además, con la ayuda de extensiones, puede utilizarse para ejecutar programas Ruby, Python y R
GRAALVM 4. VM políglota # implementación propia de JavaScript js --version # implementación de Node.js node --version # incluye npm npm --version
GRAALVM 4. VM políglota # ejemplo de servicio con Node.js y Express cd ~/graal-vm/hello-express npm install express node hello-express.js
GRAALVM 4. VM políglota # añadimos otros lenguajes a GraalVM gu install ruby && ruby --version gu install python && graalpython --version gu install R && R --version # ver las extensiones disponibles gu list # recomendable regenerar las imágenes nativas para mejorar rendimiento gu rebuild-images polyglot libpolyglot js llvm python ruby
GRAALVM
GRAALVM 5. Interoperabilidad entre lenguajes • Además de ser políglota, GraalVM permite la interoperabilidad entre los distintos lenguajes soportados • Cada intérprete genera bytecodes que GraalVM ejecuta independientemente del lenguaje de origen • El mismo JIT y el mismo framework para el intérprete
GRAALVM 5. Interoperabilidad entre lenguajes # ejemplo de programa Ruby llamando a Java cd ~/graal-vm/interop ruby --jvm ruby-java.rb # ejemplo de programa Python llamando a Java graalpython --jvm python-java.rb El flag --jvm activa la interoperabilidad
GRAALVM 5. Interoperabilidad entre lenguajes # ejemplo de programa Ruby llamando a JavaScript ruby --jvm ruby-javascript.rb
GRAALVM 5. Interoperabilidad entre lenguajes # ejemplo de programa Node.js llamando a R cd ~/graal-vm/cloudplot npm install express node --jvm cloudplot.js # abrir en un browser http://localhost:8080 http://localhost:8080/js
GRAALVM
GRAALVM 6. VM para lenguajes nativos • GraalVM también tiene un intérprete de LLVM • Esto permite ejecutar en JVM cualquier lenguaje con un compilador que emita LLVM • Por ejemplo: C, C++, Objective C, Swift, Fortran, Rust y otros
GRAALVM 6. VM para lenguajes nativos # compilamos un programa C de forma normal y emitiendo LLVM cd ~/graal-vm/gzip clang gzip.c -o gzip clang -c –emit-llvm gzip.c # ejecutamos el programa nativo time ./gzip large.txt && time ./gzip -d large.txt.gz # ejecutamos el programa con el intérprete desde GraalVM time lli gzip.bc large.txt && time lli gzip.bc -d large.txt.gz
GRAALVM
GRAALVM 7. Interfaz de depuración única • Una consecuencia de tener aplicaciones en múltiples lenguajes ejecutándose en el mismo framework es poder utilizar la misma interfaz de depuración • Aplica a programas interoperando múltiples lenguajes • Muy útil porque no todos los lenguajes tienen depuradores, o no tienen depuradores con funcionalidad tan rica como acostumbramos en JVM
GRAALVM 7. Interfaz de depuración única # depuramos un programa Ruby cd ~/graal-vm/fizzbuzz ruby --inspect fizzbuzz.rb # depuramos un programa Python graalpython --inspect fizzbuzz.py # depuramos un programa R R --inspect -f fizzbuzz.r
GRAALVM
GRAALVM 8. Interfaz de monitorización única • En JVM estamos acostumbrados a usar herramientas como VisualVM o Mission Control o JProfiler para monitorizar una aplicación y obtener métricas JMX • Con GraalVM podemos utilizar esas mismas herramientas en cualquier lenguaje que soporta • Muy útil porque no todos los lenguajes tienen herramientas de monitorización o no son lo suficientemente ricas en funcionalidad
GRAALVM 8. Interfaz de monitorización única
GRAALVM
GRAALVM 9. Uso de programas Java como librerías nativas • Hemos visto que con GraalVM podemos ejecutar programas en un amplio grupo de lenguajes • Podemos interoperar con todos esos lenguajes • Podemos convertir a nativo cualquier programa en Graal • También es posible ejecutar programas Java desde un programa nativo o con interfaz FF como Ruby, Python, Rust, Go, Haskell, etc.
GRAALVM 9. Uso de programas Java como librerías nativas • Como grandes ventajas: • Elaboración automática de las interfaces • API muy sencilla • Compilado de la librería • JNI... ¡Muchísimo más fácil que usar JNI!
GRAALVM 9. Uso de programas Java como librerías nativas # programa para cálculo de distancias con Apache SIS cd ~/graal-vm/distance javac -cp sis.jar Distance.java java -cp sis.jar:. Distance 51.507222 -0.1275 40.7127 -74.0059 # lo convertimos a programa nativo native-image -cp sis.jar:. Distance ./distance 51.507222 -0.1275 40.7127 -74.0059
GRAALVM 9. Uso de programas Java como librerías nativas
GRAALVM 9. Uso de programas Java como librerías nativas # generamos la librería nativa del mismo programa native-image -cp sis.jar:. -H:Kind=SHARED_LIBRARY -H:Name=libdistance # las interfaces y la librería se generan automáticamente ls -l libdistance* # usamos la librería (¡Java!) desde un nuevo programa C clang -I. -L. -ldistance distance.c -o distancec otool -L distancec ./distancec 51.507222 -0.1275 40.7127 -74.0059
CONCLUSIONES GraalVM – https://graalvm.org/ • Libertad en la elección de lenguaje • Acceso a múltiples ecosistemas de librerías • Ejecutando sobre JVM o nativo • Interoperabilidad entre lenguajes • Herramientas de monitorización y depuración • Con mejor rendimiento • ‘ONE COMPILER TO RULE THEM ALL’ ☺
¿PREGUNTAS?

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  • 2. WHO WE ARE Jorge Hidalgo @_deors Senior Technology Architect Accenture Technology Spain Global Java Lead Spain Advanced Technology Center Custom Engineering & Architecture Lead José María Gutiérrez @J_M_Gutierrez Technology Architect Accenture Technology Spain Spain Advanced Technology Center Architecture & DevOps Squad INFINITE POSSIBILITIES
  • 3. TL;DR Los materiales están adaptados del taller sobre GraalVM que realizó Chris Seaton en Oracle Code One 2018 La presentación y los ejemplos están disponibles aquí: https://www.slideshare.net/deors/malagajug-graalvm https://github.com/deors/graal-vm
  • 4. GRAALVM GraalVM – https://graalvm.org/ • Nueva máquina virtual políglota... JVM y mucho más • Escrita en Java • Open source (community edition) • Existe también una versión empresarial • Múltiples casos de uso • En esta sesión veremos todos los más habituales
  • 5. GRAALVM 1. GraalVM como reemplazo del JDK 2. Graal como compilador en el JDK 3. Java nativo 4. VM políglota 5. Interoperabilidad entre lenguajes 6. VM para lenguajes nativos 7. Interfaz de depuración única 8. Interfaz de monitorización única 9. Uso de programas Java como librerías nativas
  • 7. GRAALVM 1. GraalVM como reemplazo del JDK • GraalVM puede utilizarse como una VM alternativa para ejecutar programas de JVM • 1.8 de momento, en breve para 11 • Es un reemplazo 1:1, incluidos los mismos modificadores de línea de comandos
  • 8. GRAALVM 1. GraalVM como reemplazo del JDK • GraalVM tiene varios componentes; uno de ellos es el compilador Graal que se ejecuta por encima de los compiladores por defecto en JVM • Está escrita en Java, por lo que es más fácil de mantener y evolucionar • En muchos casos los programas ejecutados tienen mejor rendimiento que en JVM
  • 9. GRAALVM 1. GraalVM como reemplazo del JDK # añadir Graal al path export PATH=~/graal-vm/graalvm-ce-1.0.0-rc8/Contents/Home/bin:$PATH # prueba sencilla con un programa que cuenta palabras cd ~/graal-vm/topten && javac TopTen.java # ejecución con Graal (activado por defecto) time java TopTen large.txt # ejecución desactivando el compilador de Graal time java -XX:-UseJVMCICompiler TopTen large.txt
  • 10. GRAALVM 1. GraalVM como reemplazo del JDK • En un programa sencillo, donde el código solo se ejecuta una vez, las diferencias apreciables son pocas o nulas • El JIT entra en acción con el tiempo, optimizando cómo los bytecodes se traducen a código nativo en función de los recursos de la máquina y del uso que se da a cada bloque de código • Usando GraalVM de forma continuada en el tiempo podemos comprobar si aporta mejoras de rendimiento
  • 11. GRAALVM 1. GraalVM como reemplazo del JDK # otra prueba, operando con números complejos en gran cantidad cd ~/graal-vm/value-types && mvn package # ejecución con Graal (activado por defecto) java -jar target/benchmarks.jar -prof gc # ejecución desactivando el compilador de Graal java -XX:-UseJVMCICompiler -jar target/benchmarks.jar -prof gc
  • 13. GRAALVM 2. Graal como compilador en el JDK • Graal, es decir el compilador de GraalVM, está también incluido en el JDK 11 • No es la última versión, pero se irá actualizando en próximas versiones del JDK • Puede utilizarse como compilador activándolo con flags experimentales de la JVM
  • 14. GRAALVM 2. Graal como compilador en el JDK # repetimos la prueba de contar palabras # OpenJDK 11 con compilador estándar time java TopTen large.txt # con Graal sobre OpenJDK 11 time java -XX:+UnlockExperimentalVMOptions -XX:+EnableJVMCI -XX:+UseJVMCICompiler TopTen large.txt Activa Graal JIT en OpenJDK No es necesario especificar Graal porque es el único compilador que cumple con la interfaz JVMCI en el modulepath/classpath
  • 15. GRAALVM 2. Graal como compilador en el JDK # repetimos la prueba de números complejos # OpenJDK 11 con compilador estándar java -jar target/benchmarks.jar -prof gc # con Graal sobre OpenJDK 11 java -XX:+UnlockExperimentalVMOptions -XX:+EnableJVMCI -XX:+UseJVMCICompiler -jar target/benchmarks.jar -prof gc
  • 17. GRAALVM 3. Java nativo • JVM tiene un consumo de recursos que aunque merece la pena en procesos de larga duración como batch y servidores, no la hace tan óptima para procesos cortos o de feedback rápido (como una CLI) • Graal puede usarse como compilador AOT y compilar a nativo cualquier código JVM (bytecodes)
  • 18. GRAALVM 3. Java nativo # ejecutamos con GraalVM un programa sencillo y de corta duración time java TopTen small.txt # lo pre-compilamos a código nativo (no bytecodes were harmed!) native-image TopTen # ejecutamos el código pre-compilado time ./topten small.txt # sin dependencias con GraalVM o con OpenJDK otool -L topten
  • 20. GRAALVM 4. VM políglota • GraalVM, además de dar soporte a los lenguajes JVM, puede utilizarse para ejecutar programas JavaScript • Dos intérpretes: una implementación propia y un intérprete de Node.js • Además, con la ayuda de extensiones, puede utilizarse para ejecutar programas Ruby, Python y R
  • 21. GRAALVM 4. VM políglota # implementación propia de JavaScript js --version # implementación de Node.js node --version # incluye npm npm --version
  • 22. GRAALVM 4. VM políglota # ejemplo de servicio con Node.js y Express cd ~/graal-vm/hello-express npm install express node hello-express.js
  • 23. GRAALVM 4. VM políglota # añadimos otros lenguajes a GraalVM gu install ruby && ruby --version gu install python && graalpython --version gu install R && R --version # ver las extensiones disponibles gu list # recomendable regenerar las imágenes nativas para mejorar rendimiento gu rebuild-images polyglot libpolyglot js llvm python ruby
  • 25. GRAALVM 5. Interoperabilidad entre lenguajes • Además de ser políglota, GraalVM permite la interoperabilidad entre los distintos lenguajes soportados • Cada intérprete genera bytecodes que GraalVM ejecuta independientemente del lenguaje de origen • El mismo JIT y el mismo framework para el intérprete
  • 26. GRAALVM 5. Interoperabilidad entre lenguajes # ejemplo de programa Ruby llamando a Java cd ~/graal-vm/interop ruby --jvm ruby-java.rb # ejemplo de programa Python llamando a Java graalpython --jvm python-java.rb El flag --jvm activa la interoperabilidad
  • 27. GRAALVM 5. Interoperabilidad entre lenguajes # ejemplo de programa Ruby llamando a JavaScript ruby --jvm ruby-javascript.rb
  • 28. GRAALVM 5. Interoperabilidad entre lenguajes # ejemplo de programa Node.js llamando a R cd ~/graal-vm/cloudplot npm install express node --jvm cloudplot.js # abrir en un browser http://localhost:8080 http://localhost:8080/js
  • 30. GRAALVM 6. VM para lenguajes nativos • GraalVM también tiene un intérprete de LLVM • Esto permite ejecutar en JVM cualquier lenguaje con un compilador que emita LLVM • Por ejemplo: C, C++, Objective C, Swift, Fortran, Rust y otros
  • 31. GRAALVM 6. VM para lenguajes nativos # compilamos un programa C de forma normal y emitiendo LLVM cd ~/graal-vm/gzip clang gzip.c -o gzip clang -c –emit-llvm gzip.c # ejecutamos el programa nativo time ./gzip large.txt && time ./gzip -d large.txt.gz # ejecutamos el programa con el intérprete desde GraalVM time lli gzip.bc large.txt && time lli gzip.bc -d large.txt.gz
  • 33. GRAALVM 7. Interfaz de depuración única • Una consecuencia de tener aplicaciones en múltiples lenguajes ejecutándose en el mismo framework es poder utilizar la misma interfaz de depuración • Aplica a programas interoperando múltiples lenguajes • Muy útil porque no todos los lenguajes tienen depuradores, o no tienen depuradores con funcionalidad tan rica como acostumbramos en JVM
  • 34. GRAALVM 7. Interfaz de depuración única # depuramos un programa Ruby cd ~/graal-vm/fizzbuzz ruby --inspect fizzbuzz.rb # depuramos un programa Python graalpython --inspect fizzbuzz.py # depuramos un programa R R --inspect -f fizzbuzz.r
  • 36. GRAALVM 8. Interfaz de monitorización única • En JVM estamos acostumbrados a usar herramientas como VisualVM o Mission Control o JProfiler para monitorizar una aplicación y obtener métricas JMX • Con GraalVM podemos utilizar esas mismas herramientas en cualquier lenguaje que soporta • Muy útil porque no todos los lenguajes tienen herramientas de monitorización o no son lo suficientemente ricas en funcionalidad
  • 37. GRAALVM 8. Interfaz de monitorización única
  • 39. GRAALVM 9. Uso de programas Java como librerías nativas • Hemos visto que con GraalVM podemos ejecutar programas en un amplio grupo de lenguajes • Podemos interoperar con todos esos lenguajes • Podemos convertir a nativo cualquier programa en Graal • También es posible ejecutar programas Java desde un programa nativo o con interfaz FF como Ruby, Python, Rust, Go, Haskell, etc.
  • 40. GRAALVM 9. Uso de programas Java como librerías nativas • Como grandes ventajas: • Elaboración automática de las interfaces • API muy sencilla • Compilado de la librería • JNI... ¡Muchísimo más fácil que usar JNI!
  • 41. GRAALVM 9. Uso de programas Java como librerías nativas # programa para cálculo de distancias con Apache SIS cd ~/graal-vm/distance javac -cp sis.jar Distance.java java -cp sis.jar:. Distance 51.507222 -0.1275 40.7127 -74.0059 # lo convertimos a programa nativo native-image -cp sis.jar:. Distance ./distance 51.507222 -0.1275 40.7127 -74.0059
  • 42. GRAALVM 9. Uso de programas Java como librerías nativas
  • 43. GRAALVM 9. Uso de programas Java como librerías nativas # generamos la librería nativa del mismo programa native-image -cp sis.jar:. -H:Kind=SHARED_LIBRARY -H:Name=libdistance # las interfaces y la librería se generan automáticamente ls -l libdistance* # usamos la librería (¡Java!) desde un nuevo programa C clang -I. -L. -ldistance distance.c -o distancec otool -L distancec ./distancec 51.507222 -0.1275 40.7127 -74.0059
  • 44. CONCLUSIONES GraalVM – https://graalvm.org/ • Libertad en la elección de lenguaje • Acceso a múltiples ecosistemas de librerías • Ejecutando sobre JVM o nativo • Interoperabilidad entre lenguajes • Herramientas de monitorización y depuración • Con mejor rendimiento • ‘ONE COMPILER TO RULE THEM ALL’ ☺